JP7484288B2 - 造形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、造形装置に関する。
特許文献１には、部品の積層造形用の３Ｄプリンタであって、前記３Ｄプリンタは、フィラメントのマトリックス材内に延在する１つ又は複数の非弾性軸方向繊維ストランドを含む、未溶融の繊維強化複合フィラメントの繊維複合フィラメント供給部と、前記部品を支持する可動プラテン体と、前記可動プラテン体に対向し、複合フィラメントしごき先端、及び前記複合フィラメントしごき先端を前記マトリックス材の溶融温度よりも高く加熱するヒータを含むプリントヘッドと、前記プリントヘッド及び前記プラテン体を３自由度で相対移動させる複数のアクチュエータと、前記未溶融の繊維強化複合フィラメント、及び前記未溶融の繊維強化複合フィラメントの中に埋め込まれた前記非弾性繊維ストランドを、ある直線送り速度で前記プリントヘッド内に入れるフィラメントドライブと、前記フィラメントドライブ及び前記しごき先端の間に位置し、前記マトリックス材の溶融温度未満に維持される冷却送りゾーンと、前記ヒータ、前記フィラメントドライブ及び前記複数のアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラは、前記フィラメントドライブに、前記複合フィラメントの未接着の終端を、前記フィラメントドライブと前記しごき先端の間の前記冷却送りゾーンに保持させる命令を実行する、３Ｄプリンタが開示されている。
特表２０１６－５３１０２０号公報
本発明は、加熱部よりもフィラメントの送出方向上流側でフィラメントを切断する構成と比して、造形される造形物の寸法精度を向上させることを目的とする。
第１態様に記載の造形装置は、面を有する台と、フィラメントを加熱する加熱部を有し、前記フィラメントを前記面に向けて送出させる送出部と、前記送出部よりも前記フィラメントの送出方向下流側に配置され、前記面に送り出されたフィラメントを前記面に対して加圧する加圧部と、前記送出方向における前記加圧部と前記加熱部との間でフィラメントを切断する切断部と、を備える。
第２態様に記載の造形装置は、第１態様に記載の造形装置において、前記加熱部は、前記フィラメントを内側に通して加熱する筒状である。
第３態様に記載の造形装置は、第２態様に記載の造形装置において、前記フィラメントの切断端を前記加熱部の内側に引き戻す引き戻し手段をさらに備える。
第４態様に記載の造形装置は、第１態様に記載の造形装置において、前記フィラメントの切断端を前記加熱部による被加熱範囲に引き戻す引き戻し手段をさらに備える。
第５態様に記載の造形装置は、第１態様～第４態様の何れか一態様に記載の造形装置において、前記送出部は、複数の前記フィラメントが並列して成る並列フィラメントを前記面に向けて送出させ、前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを個別に切断する個別切断部を含む。
第６態様に記載の造形装置は、第５態様に記載の造形装置において、前記切断部を制御し、造形物の造形プロセスデータに応じて複数の前記フィラメントを個別に切断させる制御部をさらに備える。
第７態様に記載の造形装置は、第５態様又は第６態様に記載の造形装置において、前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを前記交差方向の一方側から個別に押圧する複数の個別押圧刃と、前記並列フィラメントに対して前記交差方向の他方側に配置され、前記複数のフィラメントを押圧する前記複数の個別押圧刃を受けて前記フィラメントを切断させるひとつの受け部と、を備える。
第８態様に記載の造形装置は、第１態様～第７態様の何れか一態様に記載の造形装置において、前記送出部は、複数の前記フィラメントが並列して成る並列フィラメントを前記面に向けて送出させ、前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを一括に切断する一括切断部を含む。
第１態様に記載の造形装置によれば、加熱部よりもフィラメントの送出方向上流側でフィラメントを切断する構成と比して、造形される造形物の寸法精度が向上される。
第２態様に記載の造形装置によれば、加熱部が筒状である構成において、加熱部よりも送出方向上流側でフィラメントを切断する構成と比して、フィラメントの切断後にフィラメントを送出部から再送出させるときの作業性が向上される。
第３態様に記載の造形装置によれば、フィラメントの切断端を加熱部よりも送出方向上流側に引き戻す構成と比して、フィラメントの切断後にフィラメントを送出部から再送出させるときの作業性が向上される。
第４態様に記載の造形装置によれば、フィラメントの切断後にそのままフィラメントを再送出させる構成と比して、再送出されるフィラメントの接着性が向上される。
第５態様に記載の造形装置によれば、切断部が並列フィラメントを成す複数のフィラメントを一度の切断でひと括りに切断する一括切断部のみを備える構成と比して、造形される造形物の寸法精度を向上させることができる。
第６態様に記載の造形装置によれば、造形される造形物の寸法精度が向上される。
第７態様に記載の造形装置によれば、複数のハサミでフィラメントを個別に切断する構成と比して、個別切断部の構成が簡易になる。
第８態様に記載の造形装置によれば、切断部が並列フィラメントを成す複数のフィラメントを個別に切断する個別切断部のみを備える構成と比して、複数のフィラメントの切断位置のばらつきを抑制させることができる。
実施形態に係る造形装置を示す概略側面図である。 実施形態に係る送出部を下方から見た状態を示す斜視図である。 実施形態に係る造形装置の切断部がフィラメントを切断する動作を示す概略側面図である。 実施形態に係る造形装置の搬送ロールがフィラメントを引き戻す動作を示す概略側面図である。 （ａ）実施形態に係る個別切断部及び一括切断部の正面図である。（ｂ）実施形態に係る個別切断部及び一括切断部の側面図である。 （ａ）～（ｅ）実施形態に係る複数の押圧刃の正面図である。 実施形態に係る造形装置の切断部が並列フィラメントを切断する動作を示す平面図である。 実施形態に係る並列フィラメントの断面図である。
本発明の実施形態に係る造形装置の一例について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に示す説明では、造形装置１０をユーザ（図示省略）が立つ側から正面視して、装置上下方向（鉛直方向）、装置幅方向（水平方向）、装置奥行方向（水平方向）をそれぞれ、Ｈ方向、Ｗ方向、Ｄ方向と記載する。また、装置上下方向、装置幅方向、装置奥行方向のそれぞれ一方側と他方側を区別する必要がある場合は、造形装置１０を正面視して、上側を＋Ｈ側、下側を－Ｈ側、右側を＋Ｗ側、左側を－Ｗ側、奥側を－Ｄ側、手前側を＋Ｄ側と記載する。
（造形装置１０）
造形装置１０は、溶解積層方式（ＦＤＭ方式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ））の三次元造形装置（３Ｄプリンタ）であって、複数の層の層データに従って、層を複数重ねることで、造形物を造形する装置である。造形装置１０は、図１に示されるように、造形部１２と、台１４と、移動部１８と、を備える。造形装置１０の各部の動作は、造形物の三次元データに従って、制御部１６によって制御される。
台１４は、造形装置１０の下方の部分に配置され、上方を向く水平面である面１４ａを有する。
移動部１８は、造形物の三次元データに基づく造形プロセスデータに従って、造形部１２を台１４に対して相対移動させる。すなわち、造形部１２は、移動部１８によって、台１４の面１４ａに沿って、面１４ａに対して相対移動する。また、造形部１２は、移動部１８によって、積層方向に沿って、面１４ａに対して相対移動する。実施形態において、移動部１８は、台１４に対して上側に配置されており、造形部１２を装置幅方向、装置奥行方向、及び装置上下方向に移動させ、さらに、上下方向を軸方向として造形部１２を回転させる複数のアクチュエータを含んで構成されている。なお、移動部１８は、台１４を造形部１２に対して移動させる構成であってもよい。
（造形部）
造形部１２は、装置上下方向において、台１４と移動部１８との間に配置されている。造形部１２は、後述するフィラメントＦＢが面１４ａに沿う方向に４つ並列して成る並列フィラメントＦＡを造形材として台１４の面１４ａ上に送出して層を形成し、該層を複数重ねることで立体物を造形する。実施形態において、並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢは、装置奥行方向に並列している。造形部１２は、供給部２０と、搬送部２４と、積層部３０と、を備える。
供給部２０は、例えば移動部１８に取り付けられており、フィラメントＦＢが巻かれている４つのリール２２を含んで構成されている。供給部２０は、それぞれのリール２２から積層部３０にフィラメントＦＢを供給する。フィラメントＦＢは、繊維束に樹脂が含侵されて成るものである。繊維束は、連続繊維の束の一例である。連続繊維は、例えば直径０．００７ｍｍの炭素繊維である。繊維束は、例えば、この炭素繊維３０００本を直径０．４ｍｍの円形状に束ねることで成されている。実施形態において、供給部２０のリール２２は、造形装置１０に対して脱着可能であり、フィラメントＦＢが巻かれている他のリールと交換可能な構成を有している。なお、４つのリール２２は、図１においては、１つのリールとして表現を簡略化されている。
搬送部２４は、供給部２０に対してフィラメントＦＢの供給方向下流側に配置されており、並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢの並列方向に並ぶ、搬送ロール対を含んで構成されている。一対の搬送ロール対は、装置奥行方向を軸方向として上下に並んで配置されているロール部材である。搬送部２４は、供給部２０から供給されるフィラメントＦＢを搬送ロール対で挟持しており、該フィラメントＦＢを積層部３０に向けて搬送する。搬送部２４による、フィラメントＦＢの搬送方向は、台１４の面１４ａに対して傾斜している。実施形態におけるフィラメントＦＢの搬送方向は、面１４ａに対して－Ｗ側で且つ－Ｈ側に向かって傾斜している方向である。実施形態において、搬送部２４は、フィラメントＦＢのそれぞれに対応して、フィラメントＦＢの並列方向に並ぶ４対で一組の搬送ロール対が、フィラメントＦＢの搬送方向に並んで２組配置されている構成を有している。２組の搬送ロール対は、フィラメントＦＢの搬送方向上流側から順にそれぞれ、上流側搬送ロール対２４ａ及び下流側搬送ロール対２４ｂとされている。なお、上流側搬送ロール対２４ａ及び下流側搬送ロール対２４ｂは、図１においては、１対の搬送ロール対として表現を簡略化されている。
また、搬送部２４は、下流側搬送ロール対２４ｂを構成するそれぞれの搬送ロール対と個別に連結されている、４つの駆動手段２６をさらに備える。駆動手段２６は、例えばモータ等を含んで構成されており、搬送ロール対における上側のロール部材と連結され、該ロール部材を装置奥行方向まわりに回転させる。実施形態において、駆動手段２６が搬送ロール対における上側のロール部材を手前側から見て時計回りに回転させると、フィラメントＦＢを下流側搬送ロール対２４ｂから積層部３０に向けて搬送させる。なお、駆動手段２６は、搬送ロール対における上側のロール部材を回転させない、すなわち停止させることで、フィラメントＦＢの搬送を停止させることができる。また、駆動手段２６は、上側のロール部材を手前側から見て反時計回りに回転させることができる。駆動手段２６は、その動作を、制御部１６によって制御されている。なお、４つの駆動手段２６は、図１においては、１つの駆動手段２６として表現を簡略化されている。
（積層部）
積層部３０は、搬送部２４に対してフィラメントＦＢの搬送方向下流側に配置されている。積層部３０は、搬送部２４から搬送されたフィラメントＦＢを面１４ａに沿う方向に並列させて並列フィラメントＦＡを成して面１４ａに送出することで、並列フィラメントＦＡから成る層を形成する。積層部３０は、支持部３２と、送出部４０と、加圧部５０と、切断部６０と、を有する。
支持部３２は、移動部１８に設けられ、送出部４０と、加圧部５０と、切断部６０と、を支持する部位である。支持部３２は、基部３２ａと、第一支持部３４と、第二支持部３６と、第三支持部３８と、を有する。
基部３２ａは、移動部１８から下方に延びる棒状の部材である。
第一支持部３４は、例えば基部３２ａの下端部から下方に延びて且つ装置奥行方向に並んでいる一対のパネル状のブラケットで構成されており、後述する加圧部５０の軸部５２ｂを支持している。第一支持部３４のブラケットの内側にはそれぞれ、ブラケットの板厚方向に貫通しており、装置上下方向に延びる形状を有する孔部３５が形成されている。また、第一支持部３４において、それぞれのブラケットで挟まれている空間は、加圧部５０又は後述する切断部６０が移動可能である通路空間３１とされている（図３参照）。
第二支持部３６は、第一支持部３４の搬送部２４側の部位に設けられた一対のパネル状のブラケットで構成されており、後述する送出部４０の本体部４０ａを支持している。第二支持部３６のブラケットはそれぞれ、例えば、装置奥行方向から見て、第一支持部３４から搬送部２４側に突出して且つ台１４の面１４ａに向けて屈曲して延びる逆Ｌ字状の形状を有する。
第三支持部３８は、第一支持部３４の搬送部２４とは反対側の部位に設けられた、一対のパネル状のブラケットで構成されており、切断部６０の後述するケース部６２を支持している。
（送出部）
送出部４０は、搬送部２４よりもフィラメントＦＢの搬送方向下流側に配置され、第二支持部３６に支持されており、搬送部２４から搬送されたフィラメントＦＢを面１４ａに沿う方向に並列させて並列フィラメントＦＡを成して面１４ａに送出する部位である。送出部４０は、本体部４０ａと、加熱部４２と、を有する。
本体部４０ａは、図１及び図２に示されるように、装置奥行方向から見て、フィラメントＦＢの搬送方向に延びる直方体状の部材である。本体部４０ａは、受入口４４と、送出口４６とを有する。
受入口４４は、図１に示されるように、本体部４０ａの、搬送部２４側の端部に設けられ、搬送部２４から搬送された４つのフィラメントＦＢを本体部４０ａの内側に受け入れる部位である。送出口４６は、本体部４０ａの搬送部２４とは反対側の端部に設けられ、受入口４４から受け入れた４つのフィラメントＦＢを、装置奥行方向に並列させた状態で、台１４の面１４ａに向けて送出させる部位である。実施形態において、送出口４６から送出されるフィラメントＦＢの送出方向は、搬送部２４の搬送方向に沿う方向である。すなわち、送出口４６から送出されるフィラメントＦＢの送出方向は、面１４ａに対して傾斜している。
（加熱部）
加熱部４２は、送出口４６から送出されたフィラメントＦＢを加熱する部位である。実施形態において、加熱部４２は、図２に示されるように、４つの筒部４８と、図示しないヒータ等の加熱装置と、を含んで構成されている。
４つの筒部４８はそれぞれ、送出口４６からフィラメントＦＢの送出方向に沿って延びている、金属材料で形成された筒状の部材であり、それぞれが装置奥行方向に並んだ状態で配置されている。４つの筒部４８の内側にはそれぞれ、送出口４６から送出されるフィラメントＦＢが通されている。４つの筒部４８は、図示しない加熱装置によって加熱されることで、内側に通されているフィラメントＦＢを加熱して溶融させる。筒部４８の内側は、被加熱範囲の一例である。溶融状態にあるフィラメントＦＢは、台１４の面１４ａに対する接着性を有している。また、４つの筒部４８で加熱されて溶融状態にある４つのフィラメントＦＢは、図１に示されるように、筒部４８から面１４ａ上に並列フィラメントＦＡとして送出される。すなわち、送出部４０は、４つのフィラメントＦＢから成る並列フィラメントＦＡを送出させる。送出部４０から面１４ａ上に送出された溶融状態の並列フィラメントＦＡは、面１４ａ上に接着される。
なお、実施形態においては、送出部４０から送出されるフィラメントＦＢを、手前側から順にフィラメントＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、ＦＢ４として区別する（図２及び図８参照）。
（加圧部）
加圧部５０は、図１に示されるように、送出部４０よりもフィラメントＦＢの送出方向下流側に配置され、第一支持部３４によって支持されており、台１４の面１４ａ上に送出された並列フィラメントを加圧する部位である。実施形態において、加圧部５０は、ロール部５２と、を含んで構成されている。
ロール部５２は、装置奥行方向を軸方向とする姿勢で配置されている円柱状のロール部材である。ロール部５２は、円柱状の本体部５２ａと、本体部５２ａの中心軸を通るように設けられ、装置奥行方向に延びる軸部５２ｂと、を有している。ロール部５２は、本体部５２ａの外周面と、台１４の面１４ａとで、面１４ａ上に送出された並列フィラメントＦＡを挟むように配置されている。
ロール部５２は、軸部５２ｂが第一支持部３４の孔部３５に通されている状態で、回転可能に支持されている。ロール部５２の軸部５２ｂは、昇降手段（図示省略）と連結されている。昇降手段（図示省略）は、例えば油圧シリンダーで構成されており、軸部５２ｂに装置上下方向の並進力を付与して、軸部５２ｂを第一支持部３４の孔部３５の内側で装置上下方向に移動させる。このとき、ロール部５２は、軸部５２ｂと共に移動する。また、ロール部５２及び台１４が面１４ａ上に送出された溶融状態の並列フィラメントＦＡを挟んでいるときに、昇降手段（図示省略）によってロール部５２に下方向の並進力が付与されると、ロール部５２は溶融状態の並列フィラメントＦＡを加圧する。すなわち、ロール部５２は、面１４ａに送り出された並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢを、面１４ａに対して加圧する。ロール部５２は、溶融状態の並列フィラメントＦＡを加圧することで、並列フィラメントＦＡから成る層を形成する。昇降手段（図示省略）は、その動作を、制御部１６によって制御されている。
図３に示されるように、軸部５２ｂが昇降手段（図示省略）によって第一支持部３４の孔部３５の上端部に移動したとき、ロール部５２は軸部５２ｂと共に上昇して、第一支持部３４の通路空間３１を、切断部６０に対して開放させる。
（切断部）
切断部６０は、図１に示されるように、送出部４０から送出された並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢを、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間で切断する部位である。切断部６０は、ケース部６２と、個別切断部６６と、一括切断部６４と、受け部６１と、を備える。
ケース部６２は、並列フィラメントＦＡの送出方向と交差する交差方向及び装置奥行方向に沿って拡がる直方体状の外形を有する部材である。実施形態における交差方向は、台１４の面１４ａに対して－Ｗ側で且つ＋Ｈ側に向かって傾斜している方向である。ケース部６２は、下側の端部を第三支持部３８に支持されている。ケース部６２は、ケース部６２の内側が交差方向に貫通している中空構造を有している。すなわち、ケース部６２の、交差方向下側の端面には、開口部６２ａが形成されている。ケース部６２及び開口部６２ａは、後述する個別切断部６６及び一括切断部６４を内側に収容可能な大きさを有する。なお、ケース部６２の中空構造は、交差方向上側の端部が閉止されている構造であってもよい。
（個別切断部）
個別切断部６６は、並列フィラメントＦＡを成す４つのフィラメントＦＢを個別に切断する部位である。個別切断部６６は、図５に示されるように、４つのスライド板６５と、４つの個別押圧刃６７と、を含んで構成されている。
スライド板６５は、交差方向及び装置奥行方向に沿って拡がる薄板状の部材である。
４つの個別押圧刃６７はそれぞれ、４つのスライド板６５の交差方向下側端部の一部から、交差方向下側に向けて突出するように設けられた、矩形板状の平刃である。具体的には、４つの個別押圧刃６７はそれぞれ、図６（ａ）～（ｄ）に示されるように、フィラメントＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、ＦＢ４のそれぞれに対応して、それぞれに対応するスライド板６５の交差方向下側端部の一部から突出している。すなわち、４つの個別押圧刃６７は、それぞれのスライド板６５の下側端部において、並列フィラメントＦＡの並列方向に沿って互いにずれている部位から突出している。フィラメントＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、ＦＢ４のそれぞれに対応している個別押圧刃６７を順に、個別押圧刃６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄとして区別する。個別切断部６６における４つのスライド板６５を、互いの板面が重なるように板厚方向に並べたとき、個別押圧刃６７ａ～ｄは、図５（ａ）に示されるように、板厚方向から見て、装置奥行方向に並んでいる。
個別切断部６６は、それぞれのスライド板６５が板厚方向に重なっている状態で、ケース部６２の内側に収容されている（図１参照）。なお、個別切断部６６は、図１及び図３において、１枚の板として表現を簡略化されている。
個別切断部６６は、個別切断部６６を交差方向にスライドさせるスライド手段（図示省略）と連結されており、スライド手段（図示省略）によってケース部６２の開口部６２ａから出し入れ可能な構造を有している。スライド手段（図示省略）は、例えば複数のリニアアクチュエータ等で構成されており、個別切断部６６の個別押圧刃６７ａ～ｄを個別にスライドさせることができる。また、スライド手段（図示省略）は、後述する一括切断部６４とも連結されており、個別切断部６６と一括切断部６４とをそれぞれ別々にスライドさせることができる。個別切断部６６は、図３に示されるように、第一支持部３４の通路空間３１が開放されているとき、スライド手段（図示省略）によって、筒部４８よりも送出方向下流側の位置に突出している受け部６１の板部６９（詳細は後述）の板面に接触可能である。個別切断部６６と板部６９とが接触する位置は、装置幅方向において、加圧部５０と送出部４０の加熱部４２との間の位置である。換言すると、個別切断部６６と板部６９とが接触する位置は、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間の位置である。
交差方向において、個別切断部６６と板部６９との間にフィラメントＦＢがあるとき、個別切断部６６の個別押圧刃６７ａ～ｄの何れかが板部６９に向けてスライドすると、個別押圧刃６７ａ～ｄはそれぞれに対応しているフィラメントＦＢ１～４を切断する。具体的には、個別押圧刃６７ａ～ｄは、スライド手段（図示省略）によってスライドされて、それぞれに対応しているフィラメントＦＢ１～４を、受け部６１に向けて押圧することで、フィラメントＦＢ１～４を切断する。すなわち、個別切断部６６は、フィラメントＦＢを、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間で切断する。
なお、個別切断部６６がフィラメントＦＢを切断するとき、搬送部２４は、フィラメントＦＢの搬送を停止させている。また、このとき切断されるフィラメントＦＢの樹脂は、加熱部４２の加熱によって、溶融状態にある。
（一括切断部）
一括切断部６４は、並列フィラメントＦＡを成す４つのフィラメントＦＢを一括に切断する部位である。一括切断部６４は、図５に示されるように、個別切断部６６と同様である１つのスライド板６５と、１つの押圧刃６３と、を含んで構成されている。
押圧刃６３は、図５及び図６（ｅ）に示されるように、スライド板６５の交差方向下側端部から、スライド板６５の装置奥行方向の縁部に沿って突出するように設けられた、下端部に鋭利部を有する矩形板状の平刃である。換言すると、押圧刃６３は、板厚方向から見て、個別押圧刃６７ａ～ｄが重なっている状態の形状を有している。押圧刃６３の装置奥行方向の幅は、並列フィラメントＦＡの装置奥行方向の幅よりも大きい。
一括切断部６４は、図５に示されるように、個別切断部６６と板厚方向に重なっている状態で、個別切断部６６と共にケース部６２の内側に収容されている（図１参照）。一括切断部６４及び個別切断部６６は、ケース部６２の内側に収容されているとき、第一支持部３４の通路空間３１を、加圧部５０に対して開放させている。なお、個別切断部６６及び一括切断部６４は、図１及び図３において、１枚の板として表現を簡略化されている。
一括切断部６４は、前述したように、スライド手段（図示省略）と連結されており、スライド手段（図示省略）によってケース部６２の開口部６２ａから出し入れ可能な構造を有している。一括切断部６４は、図３に示されるように、第一支持部３４の通路空間３１が開放されているとき、スライド手段（図示省略）によって、筒部４８よりも送出方向下流側の位置に突出している板部６９の板面に接触可能である。一括切断部６４と板部６９とが接触する位置は、装置幅方向において、加圧部５０と送出部４０の加熱部４２との間の位置である。換言すると、一括切断部６４と板部６９とが接触する位置は、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間の位置である。
交差方向において、一括切断部６４と板部６９との間にフィラメントＦＢがあるとき、一括切断部６４が板部６９に向けてスライド手段（図示省略）によってスライドされると、一括切断部６４はフィラメントＦＢを切断する。具体的には、一括切断部６４は、装置奥行方向に並列しているフィラメントＦＢ１～４を、押圧刃６３で受け部６１に向けて押圧することで、並列状態にあるフィラメントＦＢ１～４をまとめて切断する。すなわち、一括切断部６４は、並列フィラメントＦＡを成す４つのフィラメントＦＢを一括に切断する。このとき、一括切断部６４で切断された４つのフィラメントの、それぞれの切断端Ｅの位置は、装置奥行方向に並んでいる。また、一括切断部６４は、フィラメントＦＢを、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間で切断する。なお、一括切断部６４がフィラメントＦＢを切断するとき、搬送部２４は、フィラメントＦＢの搬送を停止させている。また、このとき切断されるフィラメントＦＢは、加熱部４２によって加熱されたものであり、溶融状態にある。
（受け部）
受け部６１は、図１及び図２に示されるように、送出部４０の、交差方向において筒部４８よりも下側の部位に設けられ、ケース部６８と、板部６９と、を含んで構成されている。
ケース部６８は、フィラメントＦＢの送出方向及び装置奥行方向に沿う方向に拡がる直方体状の外形を有する部材であり、送出部４０の、交差方向において筒部４８よりも下側の部位に配置されている。ケース部６８は、ケース部６８の内側が送出方向に貫通している中空構造を有している。すなわち、ケース部６８の、送出方向下流側の端面には、開口部６８ａが形成されている。ケース部６８及び開口部６８ａは、後述する板部６９を内側に収容可能な大きさを有する。なお、ケース部６８の中空構造は、送出方向上流側の端部が閉止されている構造であってもよい。
板部６９は、フィラメントＦＢの送出方向及び装置奥行方向に沿う方向に拡がる板状の部材である。板部６９は、送出部４０が並列フィラメントＦＡを送出しているとき、板部６９のフィラメントＦＢの送出方向下流側の先端部が、送出部４０の筒部４８よりも該送出方向上流側に配置されている。
受け部６１の板部６９は、板部６９をフィラメントＦＢの送出方向に往復させる往復手段（図示省略）と連結されており、往復手段（図示省略）によってケース部６８の開口部６８ａから出し入れ可能な構造を有している。往復手段（図示省略）は、例えば油圧シリンダー等で構成されている。板部６９は、加圧部５０が第一支持部３４の通路空間３１を開放させているとき、往復手段（図示省略）によって、フィラメントＦＢの送出方向において、筒部４８よりも下流側の位置に突出可能である。
受け部６１の往復手段と、個別切断部６６及び一括切断部６４のスライド手段（図示省略）と、は、制御部１６によってその動作を制御されている。すなわち、切断部６０は、その動作を制御部１６によって制御されている。
（造形方法）
次に、実施形態における造形プロセスの一例を、図１、図３、図４、図７を参照しながら説明する。
まず、図１に示されるように、造形される立体物の造形プロセスデータに従って、制御部１６は、積層部３０及び移動部１８の動作を制御して、送出部４０から面１４ａに向けて並列フィラメントＦＡを送出させる。面１４ａ上に送出された並列フィラメントＦＡは、制御部１６によって動作を制御された加圧部５０によって加圧され、並列フィラメントＦＡから成る層となる。
図７に例示されるように、角部が丸みを帯びている部位であるフィレット部Ｆを有する造形物の造形プロセスデータが、フィレット部Ｆでの並列フィラメントＦＡの切断を含んでいるときについて考える。このとき、制御部１６は、切断部６０を制御して、並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢを個別に切断させる。具体的には、制御部１６は、造形プロセスデータに応じて、面１４ａ上に形成される層が造形プロセスデータによる層の形状にフィットするように、個別切断部６６で、フィラメントＦＢを、フィラメントＦＢ４、ＦＢ３、ＦＢ２、ＦＢ１の順に個別に切断させる。
より具体的に説明すると、個別切断部６６でフィラメントＦＢ１～４を個別に切断するとき、制御部１６は、図３に示されるように、移動部１８及び搬送部２４の駆動手段２６の動作を一時停止させる。そして、制御部１６は、加圧部５０の昇降手段（図示省略）を制御してロール部５２を上昇させ、第一支持部３４の通路空間３１を、切断部６０に対して開放させる。さらに、制御部１６は、切断部６０を制御して、板部６９を突出させた後、切断するフィラメントＦＢ４～１の順に応じて、個別押圧刃６７ｄ、６７ｃ、６７ｂ、６７ａを順次スライドさせて、該フィラメントＦＢを切断させる（図７参照）。このとき、制御部１６は、切断後に面１４ａに送出されるフィラメントＦＢ４～１がフィレット部Ｆの形状にフィットするように、移動部１８及び搬送部２４を制御してフィラメントＦＢ４～１の切断位置を順次調整する。
フィラメントＦＢ１～４の何れかを切断した後、制御部１６は、切断部６０を制御して、個別切断部６６をケース部６２の内側に収容させて、通路空間３１を加圧部に対して開放させる。その後、制御部１６は、加圧部５０の昇降手段（図示省略）を制御してロール部５２を下降させ、面１４ａ上に送出されたフィラメントＦＢ１～４を加圧する。面１４ａ上に送出されたフィラメントＦＢ１～４は、加圧されることで、並列フィラメントＦＡの並列方向に拡がり、フィラメントＦＢ１～４間の隙間が無くなることで、層と成る。
また、フィラメントＦＢ１～４の何れかを切断した後、制御部１６は、図４に示されるように、切断されたフィラメントＦＢに対応する各駆動手段２６を制御して、それぞれの下流側搬送ロール対２４ｂの上側のロール部材を手前側から見て反時計回りに回転させる。これにより、切断されたフィラメントＦＢ１～４であって、下流側搬送ロール対２４ｂに挟持されているフィラメントＦＢ１～４が、フィラメントＦＢの送出方向とは逆の方向に引き戻される。このとき、駆動手段２６は、切断されたフィラメントＦＢ１～４の切断端Ｅを、加熱部４２の筒部４８の内側に引き戻す。すなわち、駆動手段２６は、切断されたフィラメントＦＢ１～４の切断端Ｅを、加熱部４２の被加熱範囲に引き戻す。駆動手段２６は、引き戻し手段の一例である。被加熱範囲に引き戻されたフィラメントＦＢ１～４の切断端Ｅは、加熱部４２によって再加熱される。
なお、実施形態の造形装置１０は、例えば装置奥行方向に沿う形状のエッジを有する造形物を形成する等のときにおいて、制御部１６が、一括切断部６４によって、４つのフィラメントＦＢを一括に切断させる場合がある。具体的に説明すると、制御部１６は、このとき、移動部１８及び搬送部２４を一時停止させて且つ第一支持部３４の通路空間３１を切断部６０に対して開放させた後、一括切断部６４をスライドさせてフィラメントＦＢ１～４を一括に切断させる。
＜作用及び効果＞
次に、本発明の作用及び効果について説明する。なお、この説明において、本実施形態に対する比較形態を記載するときに、実施形態の造形装置１０と同様の部品等を用いる場合、その部品等の符号及び名称をそのまま用いて説明する。
実施形態の造形装置１０は、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間でフィラメントＦＢを切断する切断部６０を備えている。実施形態の造形装置１０と、以下に示す比較形態の造形装置とを比較する。
比較形態の造形装置は、切断部が、送出部４０よりもフィラメントＦＢの送出方向上流側に配置されている。以上の点以外については、比較形態の造形装置は、実施形態の造形装置１０と同様の構成とされている。
比較形態の造形装置の、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と、切断部６０によるフィラメントＦＢの切断箇所との間の距離は、実施形態の造形装置１０における該距離よりも長い。換言すると、切断されたフィラメントＦＢが張架されていない状態で送出部４０から台１４の面１４ａ上にまで送出される距離は、実施形態の造形装置１０における該距離よりも長くなる。そのため、比較形態の造形装置で造形される造形物の寸法精度は、実施形態の造形装置１０で造形される造形物の寸法精度よりも悪くなりやすい。換言すると、実施形態の造形装置１０は、比較形態よりもフィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と切断部６０によるフィラメントＦＢの切断箇所との間の距離が短いため、造形される造形物の寸法精度を比較形態よりも向上させることができる。よって、実施形態の造形装置１０は、加熱部よりもフィラメントの送出方向上流側でフィラメントを切断する構成と比して、造形される造形物の寸法精度が向上される。
また、実施形態の造形装置１０は、送出部４０の加熱部４２が、送出口４６側に設けられた筒部４８である構成を有している。加熱部４２が筒部４８である構成において、フィラメントＦＢを加熱部４２よりもフィラメントＦＢの送出方向上流側で切断すると、切断後に送出部４０からフィラメントＦＢを再送出させるときに、フィラメントＦＢを再度筒部４８の内側に通す作業が発生する。一方、実施形態の造形装置１０は、フィラメントＦＢの送出方向における、加圧部５０と加熱部４２との間でフィラメントＦＢを切断するため、フィラメントＦＢを再送出するときに、フィラメントＦＢを再度筒部４８の内側に通す作業が発生しない。よって、実施形態の造形装置１０は、加熱部４２が筒部４８である構成において、加熱部４２よりも送出方向上流側でフィラメントを切断する構成と比して、フィラメントの切断後にフィラメントを送出部４０から再送出させるときの作業性が向上される。
また、実施形態の造形装置１０は、駆動手段２６が、フィラメントＦＢの切断端Ｅを加熱部４２の内側に引き戻す構成を有している。よって、実施形態の造形装置１０は、フィラメントＦＢの切断端Ｅを加熱部４２よりも送出方向上流側に引き戻す構成と比して、フィラメントＦＢの切断後にフィラメントＦＢを送出部４０から再送出させるときの作業性が向上される。
また、実施形態の造形装置１０は、駆動手段２６が、フィラメントＦＢの切断端Ｅを加熱部４２の被加熱範囲に引き戻す構成を有している。フィラメントＦＢの切断後にそのままフィラメントＦＢを再送出させると、再送出までの間に切断端Ｅが冷却されて半硬化状態となり、再送出されるフィラメントＦＢの接着性が低下する虞がある。一方、実施形態の造形装置１０は、駆動手段２６によってフィラメントＦＢの切断端Ｅが加熱部４２の被加熱範囲である筒部４８の内側に引き戻されるため、引き戻された切断端Ｅは、筒部４８で再加熱されて溶融状態となって送出部４０から再送出される。よって、実施形態の造形装置１０は、フィラメントＦＢの切断後に、そのままフィラメントＦＢを再送出させる構成と比して、再送出されるフィラメントＦＢの接着性が向上される。
また、実施形態の造形装置１０は、切断部６０が個別切断部６６を含む構成を有している。よって、実施形態の造形装置１０は、切断部が一括切断部６４のみを備える構成と比して、造形される造形物の寸法精度を向上させることができる。
また、実施形態の造形装置１０は、切断部６０を制御し、造形物の造形プロセスデータに応じて４つのフィラメントＦＢ１～４を個別に切断させる制御部１６を備えている。よって、実施形態の造形装置１０は、造形装置１０によって造形される造形物の寸法精度が向上される。
また、実施形態の造形装置１０は、切断部６０が、個別押圧刃６７ａ～ｄと、受け部６１と、を備えている。よって、複数のハサミでフィラメントを個別に切断する構成と比して、個別切断部の構成が簡易になる。
また、実施形態の造形装置１０は、切断部６０が一括切断部６４を含む構成を有している。よって、実施形態の造形装置１０は、切断部が個別切断部のみを備える構成と比して、複数のフィラメントの切断位置のばらつきを抑制させることができる。
以上のとおり、本発明の特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内にて種々の変形、変更、改良が可能である。
例えば、実施形態においては、駆動手段２６が、搬送部２４に備えられているものとした。しかしながら、駆動手段２６は、搬送部２４に備えられていなくてもよい。例えば、駆動手段は、搬送部２４に代わってリール２２に連結されているものであってもよい。この場合、リール２２に連結されている駆動手段が、引き戻し手段となる。
また、実施形態においては、造形装置１０が、造形材として４つのフィラメントＦＢから成る並列フィラメントＦＡを送出する構成とした。しかしながら、本発明における造形材は、並列フィラメントＦＡに限定されない。例えば、本発明における造形材は、１つのフィラメントＦＢであってもよい。また、本発明における並列フィラメントを成すフィラメントＦＢは、２つでもよく、３つでもよく、また５つ以上であってもよい。
また、実施形態においては、加熱部４２が、それぞれの内側にフィラメントＦＢを通している、４つの筒部４８を備えるものとした。しかしながら、加熱部４２は、４つの筒部を備えるものに限定されない。例えば、加熱部４２は、並列フィラメントＦＡの並列方向に沿って偏平しており、内側に複数のフィラメントＦＢを通している１つの筒部を備える構成であってもよい。また、加熱部４２は、一対の板状の部材で並列フィラメントＦＡを挟んだ状態で加熱させる構成であってもよい。また、加熱部４２は、フィラメントＦＢに対して非接触状態で加熱させる構成であってもよい。
また、実施形態においては、駆動手段２６が、下流側搬送ロール対２４ｂの上側のロール部材を手前側から見て反時計回りに回転させることができるものとした。しかしながら、駆動手段２６は、上側のロール部材を手前側から見て反時計回りに回転できない構成であってもよい。また、本発明の造形装置は、引き戻し手段を備えない構成であってもよい。
また、実施形態においては、切断されたフィラメントＦＢの切断端Ｅが、加熱部４２の筒部４８の内側に引き戻されるものとした。しかしながら、本発明においては、切断端Ｅは、加熱部４２の筒部４８の内側に引き戻されなくてもよい。例えば、切断端Ｅは、加熱部４２よりもフィラメントＦＢの送出方向上流側に引き戻されてもよい。
また、実施形態においては、個別切断部６６が、個別押圧刃６７ａ～ｄを備えるものとした。しかしながら、個別切断部６６は、個別押圧刃６７ａ～ｄを備えるものに限定されない。例えば、個別切断部６６は、複数のハサミでフィラメントを個別に切断する構成を有するものであってもよい。
また、実施形態においては、一括切断部６４の押圧刃６３は、矩形板状の平刃であるとした。しかしながら、本発明における一括切断部は、一括切断部で切断された複数のフィラメントのそれぞれの切断端の位置を、フィラメントの搬送方向に対して直交する方向（並列方向）に並べることができるのであれば、矩形板状の形状に限定されない。例えば、一括切断部は、フィラメントの断面方向が装置幅方向であるとき、装置幅方向から見て、装置高さ方向及び装置奥行方向に拡がっており、且つ装置高さ方向に対して装置奥行方向に傾斜している刃を下端部に有する板状の部材であってもよい。
また、実施形態においては、造形装置１０が個別切断部６６と一括切断部６４の両者を備える構成とした。しかしながら、本発明の造形装置は、個別切断部のみを備える構成であってもよく、また一括切断部のみを備える構成であってもよい。
また、実施形態における造形材は、繊維束に樹脂が含侵されて成るものとした。しかしながら、本発明における造形材は、繊維束に樹脂が含侵されて成るものに限定されない。
また、実施形態では、制御部１６が、造形プロセスデータに応じて、面１４ａ上に形成される層が造形プロセスデータによる層の形状にフィットするように、切断部６０を制御してフィラメントＦＢ１～４を個別に切断させる例を示した（図７参照）。しかしながら、本発明における実施の態様は、これに限定されるものではない。ここで、造形プロセスデータとは、造形物のデータに基づき各層を形成するためのデータであり、各層の形状データ、各層を形成する際の並列フィラメントＦＡの軌跡データ（送出プロセスデータ）の少なくとも一部を含むものである。上記実施形態では、並列フィラメントＦＡの断端が層の外形に沿うように、制御部１６が、各層の形状データに応じて並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢ１～４の切断位置を制御する例を示した。別例として、造形プロセスデータは、例えば並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢ１～４を面１４ａに沿って湾曲させながら送出させることで層の外形を形成させるものであってもよい。また、他の別例として、造形プロセスデータは、例えば、面１４ａ上で並列フィラメントＦＡを成すフィラメントＦＢ１～４をつづら折り状に折り返しながら送出させることで層の外形を形成させるものであってもよい。これらのような別例において、湾曲部や折り返し部におけるフィラメントＦＢ１～４の内外周での長さの差を吸収させるために、又は内周側のフィラメントＦＢの応力を緩和させるために、制御部１６は、フィラメントＦＢ１～４を個別に切断させる場合がある。また、これらのような別例においては、湾曲部や折り返し部においてフィラメントＦＢ１～４をすべて切断させる態様に限定されず、フィラメントＦＢ１～４のうち、一部のフィラメントのみを切断させる態様とすることも可能である。
１０ 造形装置
１４ 台
１４ａ 面
１６ 制御部
２６ 駆動手段（引き戻し手段の一例）
４０ 送出部
４２ 加熱部
５０ 加圧部
６０ 切断部
６１ 受け部
６４ 一括切断部
６６ 個別切断部
Ｅ 切断端
ＦＡ 並列フィラメント
ＦＢ フィラメント

Claims (7)

  1. 面を有する台と、
    フィラメントを内側に通して加熱する筒状の加熱部を有し、前記フィラメントを前記面に向けて送出させる送出部と、
    前記送出部よりも前記フィラメントの送出方向下流側に配置され、前記面に送り出されたフィラメントを前記面に対して加圧する加圧部と、
    前記送出方向における前記加圧部と前記加熱部との間でフィラメントを切断する切断部と、
    前記フィラメントの切断端を前記加熱部の内側に引き戻す引き戻し手段と、
    を備える造形装置。
  2. 面を有する台と、
    フィラメントを加熱する加熱部を有し、前記フィラメントを前記面に向けて送出させる送出部と、
    前記送出部よりも前記フィラメントの送出方向下流側に配置され、前記面に送り出されたフィラメントを前記面に対して加圧する加圧部と、
    前記送出方向における前記加圧部と前記加熱部との間でフィラメントを切断する切断部と、
    を備え、
    前記フィラメントの切断端を前記加熱部による被加熱範囲に引き戻す引き戻し手段をさらに備える、
    造形装置。
  3. 前記送出部は、複数の前記フィラメントが並列して成る並列フィラメントを前記面に向けて送出させ、
    前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを個別に切断する個別切断部を含む、
    請求項１又は請求項２に記載の造形装置。
  4. 面を有する台と、
    フィラメントを加熱する加熱部を有し、前記フィラメントを前記面に向けて送出させる送出部と、
    前記送出部よりも前記フィラメントの送出方向下流側に配置され、前記面に送り出されたフィラメントを前記面に対して加圧する加圧部と、
    前記送出方向における前記加圧部と前記加熱部との間でフィラメントを切断する切断部と、
    を備え、
    前記送出部は、複数の前記フィラメントが並列して成る並列フィラメントを前記面に向けて送出させ、
    前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを個別に切断する個別切断部を含む、
    造形装置。
  5. 前記切断部を制御し、造形物の造形プロセスデータに応じて複数の前記フィラメントを個別に切断させる制御部をさらに備える、
    請求項３又は請求項４に記載の造形装置。
  6. 前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを前記フィラメントの送出方向と交差する交差方向の一方側から個別に押圧する複数の個別押圧刃と、前記並列フィラメントに対して前記交差方向の他方側に配置され、複数の前記フィラメントを押圧する前記複数の個別押圧刃を受けて前記フィラメントを切断させるひとつの受け部と、を備える、
    請求項３から請求項５の何れか１項に記載の造形装置。
  7. 前記送出部は、複数の前記フィラメントが並列して成る並列フィラメントを前記面に向けて送出させ、
    前記切断部は、前記並列フィラメントを成す複数の前記フィラメントを一括に切断する一括切断部を含む、
    請求項１～６の何れか１項に記載の造形装置。
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